微生物课件

nullnull特点： 1、个体非常小 2、种类繁多 3、分布广 4、繁殖快 5、容易发生异变 微生物的生理特性以及上面列举的特点， 是废水生物处理法的依据。null生物按细胞 核结构和细 胞器分化的 不同原核生物(procaryote): 具有原核细胞的生物.原核细胞的核只是一个核物质高度集中的核区(似核结构),无核膜,与细胞质没有明显的界限.无分化的特异的细胞器.不进行有丝分裂.例:细菌,放线菌,蓝绿细菌等.在显微镜下才可见,故又称原核微生物.真核生物(eucaryote) 具有真核细胞的生物.真核细胞有细胞核,有核膜,与细胞质有明显的界限.有高度分化的特异的细胞器(线粒体,叶绿体,中心体及高尔基体).进行有丝分裂.例:酵母菌,霉菌,除蓝藻以外的藻类,高,低等动植物等.在显微镜下才可见的真核生物又称真核微生物. 1.哪些特征可用于区别真核生物与原核生物？1.哪些特征可用于区别真核生物与原核生物？真核生物：细胞有核膜包裹的细胞核（nucleus）以及如线粒体、高尔基体、内质网和溶酶体等细胞器（organelle）。 原核生物没有真正的细胞核（它们的遗传物质不是包裹在膜中的），没有细胞器。它们的核糖体（ribosome）比真核生要小。在原核生物细胞里，没有有丝分裂的迹象（纺锤体、赤道板和星状骨针），而遗传物质（DNA）在单个、闭环的染色体形式存在。 真核生物细胞有许多成对的染色体，染色体的结构特征包括有丝分裂。2.原核生物和真核生物有相似之处吗？2.原核生物和真核生物有相似之处吗？共同特征：其中包括核酸和其他有机物质如蛋白质和糖类。此外，它们采用相似的代谢反应，如糖酵解和营养物运输的化学渗透以及能量和废物的产生。它们也 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现出许多相同的生理特征，如运动、生殖，尽管生殖的方式和运动的器官可能不同null微生物的分类: 界,门,纲,目,科,属,种。属性类似的微生物列为界，在界内从类似的微生物 中找出它们的差别，再列为门，依次类推，直分到种。“种”是分类的最小单 位。区分种内微生物的小差别，可用“株”表示，但“株”不是分类单位。门,纲, 目,科,属,种之间可用“亚”及变种等次要分类单位。微生物的命名法：林奈（Linnaeus）双名法， 即用两个拉丁字命名一个微生物的种。属名（斜体，拉丁文名词，第一个字母大写） + 种名（斜体，拉丁文形容词，第一个字母小写） 例：大肠埃希氏杆菌 Escherichia coli 为避免同物异名或同名异物，在名称后加命名者的姓， 例：大肠埃希氏杆菌 Escherichia coli Castellani and Chalmers 如果，只鉴定到属，则是属名+sp.(单数)或ssp.（复数）， 例：（一种）芽孢杆菌 Bacillus sp.null革兰氏染色结晶紫初染碘液媒染酒精脱色蕃红或沙黄复染1.操作过程2.染色现象G阳性（G+）：染色后细菌细胞仍然保留初染结晶紫的蓝紫色。 G阴性（G-）：染色后细菌细胞先脱去初染结晶紫的颜色而带上复染蕃红或沙黄的红色。null研究发现：革兰氏染色的反应结果主要与细菌细胞壁有关。蓝紫色红色null细菌细胞的化学组成细胞重量 (湿重)90%有机物10%无机盐 (灰分)碳水化合物蛋白质脂肪DNARNA等等null水分1）溶剂作用。所有物质都必须先溶解于水，然后才能参与各种生化反应。 2）参与生化反应（如脱水、加水反应）。 3）运输物质的载体。 4）维持和调节一定的温度无机盐1）构成细胞的组成成分，如H3PO4是DNA和RNA的重要组成成分。 2）酶的组成成分，如蛋白质和氨基酸的-SH。 酶的激活剂，如Mg2+、k+。 维持适宜的渗透压，如Na+、K+、Cl-。 自养型细菌的能源，如S，Fe2+。 null水(H2O)1S22S22P41S1null水是极性分子： 水分子中，氧有很强的吸引电子的力量，它和氢所形成的共价键 就成了有极性的共价键，电子为氧所吸引，水分子中氧的一端带有负 电，氢的一端带有正电。由于分子是极性的，因而每个水分子带负电的氧都和它周围的另一 些水分子的带正电的氢相吸引而形成氢键。这种氢键很脆弱，并且很 快就破开，每 一氢键只能保持10－10～10－11秒。但破开得快，形成得 也快，总的结果是水分子总是以不稳定的氢键连成一片，水的这一特性 使水有了较强的内聚力和表面能力。 null由于水分子的极性，它可以和多种极性分子和极性表面结合，这就是 水的附着力。在活细胞中，水可以附在纤维素、淀粉和蛋白质等多种 分子上，这对于正常的代谢活动具有重要意义。水是最好的溶剂，这也 与水分子的极性有关。生命系统中很多分子都是电解质或极性分子，如 糖类分子，它们都能溶于水，水也由此而成为生命系统中各化学反应的 理想介质。没有极性的分子，如脂类分子不溶于水，它们是生物膜的主 要成分，由于它们的疏水性，膜才能存在而不被水溶解。 水电离：H2O + H2O ≒ H3O+ + OH-null水的蒸发热也较高，在100℃时，1g液态水变 为气态（蒸汽）需要2259.36J，这一特性对生 物的活动也有利。夏天出汗，汗水蒸发吸热多 ，有利于维持体温。植物在高温的夏季仍能保 持低体温，就是由于水分大量蒸发之故。 水分子间 存在氢键高比热高蒸发水的比热为1，即1g水上升1℃需要4.184J热， 而1g空气上升1℃只需要1.046J就行了。由于 水能在温度升高时吸收较多热量，这就使细胞 的温度和代谢速率得以保持稳定。null水还有一个重要特点，固态水（冰）比液态水的密度低。水温降低时， 分子运动变慢，分子间距离缩小，水密度增大。在水温降至4℃时，分子 间距离最小，分子运动最慢，各水分子几乎都能和另外4个水分子形成氢 键。水温如再下降，各水分子彼此又稍有离开以保持最大数量的氢键存在， 水温降至0℃时，水分子互以氢键相连而结冰，但体积都略大于同量的液态 水，密度也低于液态水而漂于水的表层。这一特点对生物至为重要。如果冰 的密度大，溶于水底，上面的水又层层结冰而下沉，水生生物将无存身之处 。冰浮在表面，正好成为一绝缘层，使下面的水保持在冰点以上，水生生 物可生活于其中。此外，结冰时散热，冰融时吸热，这一过程有缓冲水温变 化的作用，也有利于生物的生存。null碳源凡是提供细胞组分或代谢产物中碳素来源的各种营养物质称之为碳源。碳源有机碳源（糖类、蛋白质、脂肪、有机酸等）无机碳源[CO2（CO32-或HCO3-）]氮源凡是提供细胞组分中氮素来源的各种物质称为氮源。氮源有机氮源（蛋白质、蛋白胨、氨基酸等）无机氮源（NH4Cl、NH4NO3等）null生长因子把某些细菌在生长过程中不能自身合成的，同时又是生长所必需的须由外界供给的营养物质，叫做“生长因子”。可分为氨基酸类、嘌呤、嘧啶类、维生素类。凡是提供磷素或硫素的各种化合物分别称为磷源和硫源。磷源比较单一，主要是无机磷酸盐或偏磷酸盐。硫源则比较广泛，从还原性的S2-化合物、元素硫一直到最高氧化态SO42-化合物，都可以作为硫源。磷源和硫源null细菌的营养类型碳源不同自养型:营养简单,无机物环境中繁殖,也称无机营养型细菌. (碳源—二氧化碳,碳酸盐. 氮源—铵盐,硝酸盐. 能源—无机物,太阳能)异养型:需要有机物才能繁殖,也称有机营养型细菌 (碳源—有机碳化物,. 氮源—有机或无机的氮化物. 能源—有机碳化物分解过程中产生的能量) null能量来源 不同光能营养化能营养光能自养:含光合色素,进行光合作用. 二氧化碳为碳源,合成有机物. 细菌需硫化氢供氢光能异养:有机物供氢,利用光能将二氧 化碳还原成细胞物质化能自养:利用细菌氧化无机物产生的能量,将二氧 化碳还原,合成有机碳化物 化能异养:利用有机物作为生长所需的碳源和能源.null培养基培养基是指人工配置的适合不同细菌生长或积累代谢产物的营养基质. 配制培养基过程中， 应遵循以下几个原则： （1）根据不同细菌的营养需要配置不同的培养基。 （2）注意各种营养物质的浓度及配比 。（3）调节适宜的pH值。（4）考虑加生长因子。（5）培养基应物美价廉。null培养基的分类 （1）物理状态null（2）培养基组分天然培养基：取材与自然，确切化学组分不清楚。 合成培养基：化学试剂，确切化学组分清楚。半合成培养基：既含有天然组分又含有纯化学试剂 null（3）培养基用途选择性培养基：按照某种或某些细菌的特殊 营养要求而专门 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 。 鉴别培养基：根据对化学和物理因素的反应特性 而设计的可籍助肉眼直接判断细菌。 加富培养基：根据细菌的营养要求人为地强化投加 多种营养物质，从而可大量促进细菌 生长。null培养基的配制方法 ： 培养基的配制方法及过程大致如下： 适量水分——加入各营养组分、无机盐——加入凝固剂——调节pH值 ——加入生长因子或指示剂等——高压蒸汽灭菌——冷却放置备用。 一般最好现配现用。nullE+SE SE+P+n SE Sn+1E:酶 S:基质（底物） ES:酶与基质的复合物 P:产物 K1、K2、K3、K4 ：分别是各步反应的速度常数null因为产物P与E结合生成ES的速率很小，也就是K4《K3，故K4可忽略。酶促反应生成产物的最终速度v为： v=K3[ES] ES分解反应的速度=K2[ES]+K3[ES][E0]:酶的总浓度 [S]: 基质的浓度 [ES]:酶与基质的复合物的浓度 [E0]-[ES]=游离态酶的浓度null 在平衡时，令Km= 将2式和3式合并，可得： V=K3[E0][S]Km + [S]null若设Vmax=K3[E0],则Vmax是酶促反应的最大速度，从4式可写成：Vmax [S]Km + [S]V=米-门公式（Michaelis-Menten）V:反应速度 S:基质浓度 Vmax:最大反应速度 Km:酶催化反应中中间复合物ES分解速度与生成速度常数之比，称为米氏常数。 当Km=S时，可得：V=Vmax2即当基质浓度等于米氏常数时，酶促反应速度正好为最大反应速度的一半，故Km又称半饱和常数。null米氏常数Km 是表示反应速度为最大速度一半时的底物浓度。 Km可由实验取得，Km单位：mol浓度用M表示。 当底物浓度[S]＝Km时，酶促反应速度正好等于最大反应 速度的一半。 Km是E·S复合物稳定性的量度。 Km 值越小，表示强的底物结合 (K2《K1),表示酶与底物的 反应越趋于完全； Km值越大，表示弱的底物结合( K2》K1),表明酶与底物的反 应越不完全。 null酶活性的抑制抑制剂:有抑制酶的活性或使酶分子本身受到破坏作用的化学物质。抑制剂不可逆抑制剂：与酶分子结合，使之永久失活，甚至使酶分子受到破坏。可逆抑制剂竞争性：竞争性抑制剂的分子构象往往和底物相似，能 和底物竞争酶活性中心的结合位点，使酶不能 与底物结合，因而降低酶的活性。非竞争性：非竞争性抑制剂的结构和底物不同，它们不 与底物竞争酶的结合位点，而是与酶分子的 其他部位可逆地结合，引起酶分子形状的变 化，使活性中心不再能与底物结合，从而抑 制酶反应。null结合位点结合位点null结合位点结合位点null转运蛋白膜内膜外单向同向逆向离子(Na+,H+)细胞膜转运蛋白null1. 单向转运蛋白: 指一个类型的化合物由此载体运输穿过膜.2. 同向转运蛋白:指两个类型的化合物通过此载体同时按同 一方向运输.3. 逆向转运蛋白:指两种化合物通过同一载体按相反 方向同时进行运输.以上的转运蛋白对于促进扩散和主动运输是重要的.null主动运输： 扩散和渗透都属于物理过程，分子都是从高浓度区域移向低 浓度区域，生物界中还存在着相反的过程，即物质从低浓度区 域移向高浓度区域。（有些海藻细胞碘浓度比周围海水高二百 万倍，但碘仍继续向细胞内移动）这种逆浓度梯度的移动是通 过主动运输过程实现的。 主动运输有两个基本特征： ①需要载体（和促进扩散相似） ②需要消耗能量。 nullNa＋－K＋泵 多细胞动物的细胞都是处于液体环境中，它们的细胞内K＋的浓 度大多高于细胞外液，而Na＋的浓度大多低于细胞外液。这种离 子浓度梯度的形成是由于质膜中存在着一种被称为Na＋－K＋泵 的特殊主动运输系统。 Na＋－K＋泵实际上是由一种能分解ATP的酶,即Na＋－K＋ATP酶 所构成的。这种酶除要Mg2+外，还需要Na＋和K＋的存在才能水解ATP。见图解Na＋－K＋ATP酶由4个亚基（多肽）组成，即α2β2，其中β亚 基向着细胞质的一个面有一个ATP结合位点和3个Na＋结合位点， 它的外表面有两个K＋结合位点。nullnull① 3 Na＋，ATP－Mg2+和β亚基结合 ② ATP的一个高能键转移到β亚基上（～P） ③ β亚基构象改变，高能磷酸键放出能，使3个Na＋从细胞 中泵出 ④ 细胞外的2个K＋与β亚基结合 ⑤β亚基的磷酸基团水解，2个K＋从细胞外进入细胞内 简单说：这一过程是利用ATP供能，使Na＋－K＋泵的蛋白质 分子发生构象变化，而将Na＋从细胞内逆浓度梯度排出，将K＋ 从细胞外逆浓度梯度运入。null基团转位磷酸烯醇式丙酮酸：葡萄糖磷酸转移酶机制。 HPr（耐热蛋白）：一个小蛋白作为高能磷酸的载体。null代谢： 是微生物生命活动的一个基本方面，是发生在所有生物体内成千上万种化学反应的总称。除病毒之外，代谢是所有微生物、植物和动物的一个特征。代谢合成代谢(同化作用)：指细胞合成分子及细胞结构的全过程 。它也称生物合成。一般是需要输入 能量的一个构建过程。分解代谢(异化作用)：指细胞分解大分子成较小分子的全 过程。分解代谢一般来说是释放能 量的过程。新陈代谢即合成代谢和分解代谢的总和。null细胞为什么必须要代谢： 有助于生活细胞的稳定性，并且提供了合成反应所需结构单元的 动态库。另外，代谢提供细胞生活过程所需的能量并帮助生长及繁 殖。 生长：指的是有机物质的积蓄和有机物转化成更多的生物量。生 物量指生物体重量，体积大小。 null呼吸作用的本质是： 呼吸作用是生物的氧化和还原的统一过程。呼吸作用有以下几方 面的生物学现象： 1，通过呼吸作用使复杂的有机物变成二氧化碳、水和其它简单 的物质。 2，在呼吸作用的过程中，发生能量的转换。一部分能量供给合 成作用，另一部分供维持生命活动，还有一部分能量变成热 能释放出来。 3，在呼吸作用的一系列化学变化中，产生了许多中间产物。这 些中间产物一部分继续分解，一部分作合成机体物质的原料。 4，在进行呼吸作用的过程中，吸收和同化各种营养。 null 生物氧化和非生物氧化或燃烧的化学物质是相同的，但生物氧化 和非生物氧化进行方式却大不一样。细胞内生物氧化是在常温，pH 中性或近似于中性及水环境中进行的，是在一系列酶，辅酶和中间 电子受体等的作用下逐步完成的，因而是逐步被释放的。细胞色素（Fe2+） COOH 还原型底物＋NAD+ 氧化型底物＋NADH＋H+ 还原型底物＋NADP+ 氧化型底物＋NADPH＋H+ 底物分子的2个电子：一个NAD+,另一个H+null根据与氧气的关系，细菌的呼吸作用分为好氧呼吸 和厌氧呼吸两大类。 由于呼吸类型的不同，细菌也就分为: 好氧菌（需氧菌或好气菌） 厌氧菌（厌气菌） 兼性（兼气）菌（DO: 0.2-0.3mg/L）三类。 产物见P35，TABLE2-3细胞呼吸的类型null呼吸作用是生物氧化和还原的统一过程， 即电子、原子或化学基团转移的过程，而在有机物分解和合成过 程中都有电子的转移。电子需要某一物质来接受，接受电子的物 体叫电子受体。大多数细菌的代谢过程中电子的来源往往来自于 脱氢反应，因此电子受体又称受氢体。 葡萄糖是细菌吸收利用的常见营养物质， 它的好氧分解分二个阶段：第一阶段通过糖酵解途径，又称EMP 途径,由一个六碳糖变成两个三碳糖丙酮酸； 第二阶段经三羧酸循环，丙酮酸彻底氧化分解变成CO2和H2O。null5.微生物如何通过糖类获得能量？ 通过代谢途径加工糖类可用作能源。绝大多数生物所共有代谢途径是糖酵解途径。糖酵解是多步的反应过程。糖酵解途径的产物是丙酮酸(EMP途径)葡萄糖 6-磷酸 葡萄糖6-磷酸 果糖null1,6-二磷 酸果糖 2分子 3－磷酸 甘油醛 裂解2NAD+→2NADH 结合上高能键 2分子 1,3－二磷酸 甘油酸 2ADP→2ATP 2分子 3－磷酸 甘油酸 H2Onull 2分子 磷酸烯醇式 丙酮酸 2ADP→2ATP 2分子 丙酮酸 null3C丙酮酸2eCO2电子转移H2OATP生成2C乙酰C0A+柠檬酸CO22e2NADH2O电子转移ATP产生a-酮戊二酸 2eNAD电子转移琥珀酸苹果酸NAD 2e电子转移ATPH2O+三羧酸循环(TCA)null丙酮酸经TCA循环彻底分解为CO2，在这一氧化过程中发生多步 脱氢反应，脱下的氢和电子再经电子呼吸链的传递最终与分子氧 结合生成水，同时产生大量ATP，仅有一步反应通过底物水平磷 酸化生成ATP。所以可以说，好氧呼吸中有机物的最终氧化分解 并提供大量能量的是TCA循环。null淀粉1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖葡萄糖葡萄糖乳糖果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸果糖丙酮酸乙酰CoA甘油脂肪酸脂肪β-氧化丙氨酸一个氨基酸C4脱氨（基）作用天冬氨酸一个氨基酸C6C5a-酮戊二酸谷氨酸脱氨（基）作用（一个氨基酸）null厌氧细菌呼吸作用： 厌氧呼吸可分成二种类型：分子内无氧呼吸和分子外无氧呼吸。 分子内无氧呼吸： 在厌氧呼吸过程中，大多数情况是基质失去氢被氧化，其产物 接受氢被还原。所以有分子内呼吸之称。这种分子内的无氧呼 吸也称为发酵。厌氧微生物在进行生命活动的过程中，为了满 足能量的需要，消耗的基质要比好氧微生物多。但它们在厌氧 呼吸过程中能积累大量中间产物。 分子外无氧呼吸：某些特殊营养和代谢类型的细菌在无氧时，由 于它们具有特殊的氧化酶，能使某些无机氧化物中的氧活化而作 为电子受体，接受基质中被脱下的电子。 null兼性细菌呼吸作用： 从它们呼吸机理来看，主要是好氧呼吸和厌氧呼吸。好氧呼吸在 基质氧化过程中脱下的氢是以氧作为受氢体；厌氧呼吸在基质氧 化过程中脱下的氢是以氧以外的物质作为受氢体。为什么微生物有这样高的能量利用率呢？ 这是因为微生物体内有一套完善的能量转移系统，即在微生物体 内有一种联结放能反应和需能反应的物质，其中常见的是含有高能 磷酸化合物的腺三磷（ATP）。微生物在呼吸过程中氧化营养物质 所产生的能量先以腺三磷的形式贮存于细胞内。null能量与ATP1.发生代谢反应需要能量参加吗？ 合成代谢一般需要输入能量。另外，分解代谢一般开始时需要输 入能量。而且，微生物运动，对环境刺激的反应和繁殖进程均需要 能量。所有生物全部生命活动进程中能量是最基本的需要之一。2.微生物能贮存能量吗？ 微生物的能量贮存形式是三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP) 化合物。它能到细胞的任何部位，给与化学反应能量或参加细胞过 程。当能量从ATP分子释放，ATP分子分解为二磷酸腺苷 (adenosine diphosphate, ADP)和一个磷酸基。nullnull3.微生物中能量是如何转化用于合成ATP分子的？ 在代谢反应中，当进行各种氧化和还原反应时，分子释放能量。 氧化反应：是从一个底物分子丢失电子的产能反应。这个底物分子 被氧化。 还原反应：是电子加到底物分子上，这个底物分子被还原。在还原 过程中氢原子也可加到分子上。 氧化和还原反应通常是一起发生的，于是释放的能量被捕获 在ATP中。 nullnull微生物生长繁殖的概念 正常情况下，同化作用大于异化作用，微生物的细胞不断迅速增 长，这叫做生长。 同化作用（合成代谢：将营养物质转变为机体组分的过程，吸收 能量）和异化作用（分解代谢：将营养物质和细胞物质分解的过 程，放出能量）相辅相成。异化作用为同化作用提供物质基础和能 量，同化作用为异化作用提供基质。 单细胞个体生长：由一个亲代细胞分裂为两个与亲代相似的子细胞， 使得个体数目增加，这是单细胞微生物的繁殖。此种繁殖方式叫裂殖。 多细胞微生物的生长：只是细胞数目增加，不伴随个体数目增加。 如果细胞数目增加，个体数目也增加，则称为多细胞微生物的繁殖。 发育：从生长到繁殖这个由量变到质变的过程叫发育。 世代时间：细菌两次细胞分裂之间的时间，称为世代时间。 （在这期间，细胞核物质和细胞质加倍增长，之后，平均分到两个 新细胞中。）null研究微生物生长的方法null分批培养： 将一定量的微生物接种在一个封闭的、盛有一定量液态培养基 的容器中，保持一定的温度、pH和溶解氧量，微生物在其中生长 繁殖；结果出现微生物数量由少变多，达到高峰后又由多变少， 甚至死亡的变化规律（这是细菌的生长曲线）。 例： 以细菌纯种培养为例，将少量细菌接种到一种新鲜的，定量的液态培养基中 进行分批培养，定时取样（例如，每2小时取样1次）计数。以细菌个数或细 菌数的对数或细菌的干重为纵坐标，以培养时间为横坐标，连接坐标系上各 点成一条曲线（即细菌的生长曲线）。 一般说，细菌质量的变化比个数的变化更能反映生长的过程。因为细菌个数的变化只 反应了细菌分裂的数目，质量则包括细菌个数的增加和每个菌体细胞物质的增长。null细菌的生长繁殖期可细分为6个时期：停滞期（适应期）、 加速期、对数期、减速期、静止期及衰亡期。由于加速期 和减速期历时都很短，可把加速期并入停滞期，把减速期 并入静止期。 因此，细菌的生长繁殖可粗分为4个时期： 1、停滞期（迟滞期或适应期） 2、对数期（又叫指数期） 3、静止期 4、衰亡期null停滞期： 适应新环境的细菌产生适应酶，细菌的细胞物质开始增加， 菌体增大，其长轴的增长速度特别快等，细菌总数尚未增 加，不适应的细菌死亡，故细菌数有所减少。适应的细菌 生长到某个程度便开始细胞分裂，进入停滞期的第二阶段 （即加速期）。此时，细菌的生长繁殖速度逐渐加快，细 菌总数有所增加。null不同种细菌的停滞期长短不同， 影响因素：1、接种量大，停滞期短。 2、接种群体菌龄①对数期的细菌，停滞期缩短 ②静止期或衰亡期的细菌，停 滞期延长。 （这是因为处于静止期和衰亡期的细菌常常耗尽各种必要的辅酶或 细胞成分，需要时间合成新的细胞物质；或它们因代谢产物过多 积累而中毒，需要时间修补损伤。） ③营养：一个群体从丰富培养基中接到 贫乏培养基也出现停滞期。 （因为细菌在丰富的培养基中可直接利用其中各种成分，而贫乏培 养基只，细菌需要产生新的酶类以便合成所缺少的营养成分。） 综上所述：接种量适中，群体菌龄小（对数期），营养和环境条件 适宜，停滞期就短。世代时间短的细菌，其停滞期也短。null对数期（指数期）： 细菌的生长速度增至最大，细菌数量以几何级数增加。 对数期：细胞个数按几何级数增加： 20 21 22 23… 24…2n 指数n表示为细菌分裂的次数或增殖的代数一个细菌繁 殖n代后产生2n个细菌，如果知道t1时细菌数为x1，经过一段 时间到t2时，繁殖n代后的细菌数为x2=2nx1,可通过下式求出 细菌的世代时间（G） 见P42null对数期的生长速率对时间可能近似直线，而不是指数。 可能是没有充足的通气造成溶解氧供应不足所致，因为 生长速率是由空气中的氧气向培养基中扩散，溶解的速 率所决定的。此外，由于在对数生长的培养基中可能由 抑制剂掺入，阻止了必要酶的形成，使生长速率受到影 响并致直线生长。null静止期： 细菌的生长速率逐渐下降甚至为零，死亡速率渐增。静止期的 细菌总数达到最大值，并恒定一段时间，新生的细菌数和死亡 的细菌数相当。（生产菌种的发酵厂一般在静止期初期就有及 时收获菌体）。由于对数期的细菌生长繁殖迅速，消耗了大量 营养物质，致使一定容积的培养基浓度下降。同时，代谢产物 大量积累对菌体本身产生毒害，pH、氧化还原电位等均有所改 变，DO供应不足。处于静止期的细菌开始积累贮存物质（如异 染粒、聚β－羟基丁酸（PHB）肝糖、淀粉粒、脂肪粒等。）null衰亡期： 由于营养物质被耗尽，细菌因缺乏营养而利用贮存物质进行内 源呼吸，即自身溶解。衰亡期的细菌繁殖少或不繁殖或自溶。 细菌常现多形态，畸形或衰退型；有的细菌产生芽孢。null连续培养： 1、恒浊连续培养：使培养液中细菌的浓度恒定，以浊度为控制指 标的培养方式。调节进水流速，用自动控制的浊度计测定。 2、恒化连续培养：维持进水中的营养成分恒定（对细菌生长有限 制作用的成分要保持低浓度水平）以恒定流速进水，以相同流速 流出代谢物，使细菌处于最高生长速率状态的培养方式。 在连续培养中，微生物的生长状态往往处于生长曲线的第一个生 长阶段。恒化连续培养法尤其适用于污（废）水生物处理。null细菌生长曲线在污（废）水微生物处理中的应用 为什么常规活性污泥法不利用对数生长期的微生物而利用静止期 的微生物？ 对数期的微生物生长繁殖快，大量去除废水中有机物。因此要求 进水浓度高，结果导致出水浓度相应的高，不易达标。又因为对 数期的微生物细胞表面的粘液层和荚膜尚未形成，运动活跃，不 易自行凝聚成菌胶团，沉淀性能差，致使出水水质差。 处于静止期的微生物代谢活力虽然比对数生长期的差，但仍可去 除有机物。其特点是体内积累了大量贮存物，如异染粒、聚β－ 羟基丁酸、粘液层和荚膜等，弱化了生物吸附能力，自我絮凝， 出水水质好。 在处理低浓度有机废水时，不用静止期而是利用衰亡期的微生物， 原因是：低浓度有机物满足不了静止期微生物的营养要求。若采 用延时曝气法，延长水力学停留时间，以增大进水量，提高有机 负荷，满足微生物营养要求，从而取得较好的处理效果。null微生物生长量的测量方法 可根据菌体细胞量、菌体体积或质量直接测量，也可根据某种细 胞物质的含量或某个代谢活动强度间接测定。 测定微生物总数 ①计数器直读法②染色涂片计数③比例计数法④比浊法测定细菌 悬液浓度。 测定活细菌数 ①载波片琼脂层培养计数②平板菌落（CFU）计数③液体稀释培 养计数④薄膜过滤计数等。 计算生长量 计算生长量首先要测得细胞的质量。测细胞质量的方法有： ①测细胞干重法②通过测细胞含氮量确定细胞浓度 ③通过DNA的测定算出细菌浓度④生理指标。 null微生物的生存因子 微生物除了需要营养外，还需要合适的环境生存因子，例如温 度、pH、氧气、渗透压、氧化还原电位、阳光等。 温度 温度是微生物的重要生存因子，在适宜的稳定范围内，温度每 升高10℃，酶促反应速度将提高1－2倍，微生物的代谢速率和 生长速率均可相应提高。过高过低的温度会使代谢速率缓慢（生 长速率），过高的温度对微生物有致死作用。在适宜的温度范围 内微生物能大量生长繁殖。 null几种微生物的生长最高温度： 原生动物：45～50℃ 真菌：60℃ 细菌：>90℃ 真核藻类：56℃ 蓝细菌：70～73℃ 古菌：113℃ 原生动物最适温度一般为16～25℃（工业废水生物处理过程中的原生动物最 适温度为30℃左右）其最高温度范围在37～43℃，少数原生动物可在60℃中 生存。 大多数放线菌的最适温度为23～37℃，其高温类型在59～65℃生长良好，有 的放线菌在20℃以下也可生长。 在实验室培养放线菌、霉菌和酵母菌时常采用温度为28～32℃，多数藻类的 最适温度28～30℃。菌种通常置于4℃冰箱保存。nullpH 微生物的生命活动、物质代谢与pH关系密切。 大多数细菌、藻类和原生动物的最适pH为6.5～7.5，它们的pH 适应范围在4～10之间。细菌一般要求中性和偏碱性。 污水生物处理的pH宜维持在6.5～8.5左右，因为pH以下不利于 细菌和原生动物生长，尤其对菌胶团细菌不利，相反，对霉菌 及酵母菌有利。如果霉菌在活性污泥中大量繁殖，由于多数霉 菌不像细菌那么分泌粘性物质于细胞外，就会降低活性污泥的 吸附能力，其絮凝性能较差，结构松散不易沉降，出水水质不 理想，甚至导致活性污泥丝状膨胀。 培养微生物过程中，微生物的生长繁殖和代谢活动的进行，使 其环境pH发生，由酸性变为碱性，或由碱性变为酸性。null大肠杆菌在pH7.2～7.6的培养基中生长，分解葡萄糖、乳糖产生 有机酸，引起培养基pH下降。微生物含有蛋白质，蛋白胨及氨基 酸等中性物质在培养基中生长，这些中性物质经微生物分解可产 生NH3和胺类等碱性物质，使培养基pH上升。 对于细胞选择性吸收①阳离子：(NH4)2SO4作无机氮源，NH4+被 菌体吸收合成氨基酸和蛋白质后，使pH下降； ②阴离子：NaNO3作氮源，NO3－被吸收后， pH上升，尿素被细菌分解后产生NH3使pH上升。 所以在培养基制备中，需加缓冲性物质 （如KH2PO4、K2HPO4等）null在废水和污泥厌氧消化过程中，在产酸阶段和甲烷阶段的产量， pH应控制在6.6～7.6，最好控制在6.8～7.2之间，城市废水中 有中性物质（蛋白质等）时，可不加缓冲物质。如果不含中性 物质，所加缓冲物质有NaHCO3、Na2CO3、NaOH、NH4OH 及NH3等，以Na2CO3为佳。 霉菌和酵母菌对有机物具有较强的分解能力。PH较低时，可用 霉菌和酵母菌处理，不需用碱调节pH。霉菌和酵母菌引起的活 性污泥丝状膨胀可通过工艺解决，生物膜法、生物滤池、生物 转盘、接触氧化法，将二沉池改为气浮池等。null氧化还原电位（En）的单位为V或mV。 氧化环境 正电位 好氧微生物（＋300～＋400mV） 还原环境 负电位 兼氧微生物（＋100mV以上时， 好氧呼吸； ＋100mV以下 进行无氧呼吸） 厌氧微生物（－200～－250mV）自然界中， 氧化还原电位的上限是＋820mV 环境中存在高浓度氧（O2） 下限是－400mV 充满氢（H2）的环境。null例：①专性厌氧的产甲烷菌要求的En为－300～－400mV， 最适－330mV。 ②好氧活性污泥系统中En在＋200～＋600mV是正常的。 ③高负荷生物滤池出水的En随着滤池处理效果的降低而 下降，自＋311mV降至－39mV，二沉池出水的En更低， 达到－89mV（原是二次沉淀池出水中含有大量的H2S）。在微生物培养过程中，由于微生物生长繁殖消耗了大量氧气， 分解有机物产生氢气，使得氧化还原电位降低。微生物对数 生长期中下降到最低点。可见，通过En可判断处理效果，或控制En调节处理效果。null溶解氧（DO） 根据微生物与分子氧的关系，将微生物分为好氧微生物、兼性厌氧 及厌氧微生物。 0.2×101Kpa 生长良好 专性好氧微生物 氧分压 (0.003～0.2) ×101Kpa 生长良好 微量好氧微生物 小于0.005×101Kpa的琼脂表面生长的微生物null好氧微生物与氧的关系： 在有氧存在的条件下才能生长的微生物叫好氧微生物。大多数细 菌（假单胞菌属、固氮菌、硝化细菌、硫化细菌等）。大多数放线 菌、霉菌、原生动物、微型后生动物等都属于好氧微生物。 蓝细菌和藻类等白天从阳光中获得能量，合成有机物，放出氧； 夜间和阴天则利用氧进行好氧呼吸，分解自身物质获得能量。 氧对好氧微生物有两个作用 ①作为微生物好氧呼吸的最终电子受体。 ②参与淄醇和不饱和脂肪酸的生物合成。 好氧微生物需要的溶于水的氧，即溶解氧。DO与溶解度、T、P有关。 低温度 氧的溶解度大 高温度 氧的溶解度小null冬季水温低，污（废）水好氧微生物处理中DO量能保证。 夏季水温高，DO低，常造成供氧不足。因此常因夏季缺氧促使适合 于低氧生长的丝状细菌等优势生长，造成活性污泥丝状膨胀。 例：好氧微生物处理进水BOD5为200～300mg/L，曝气池混合液悬 浮固体（MLSS）的质量浓度为2～3g/L时，DO的质量浓度要维持 在2mg/L以上。微量好氧微生物的DO质量浓度为0.5mg/L左右生长 最好。null兼氧性厌氧微生物与氧的关系 兼性厌氧微生物既具有脱氢酶也具有氧化酶。所以既能在无氧条 件下，又可在有氧条件下存在。在好氧条件下生长时，氧化酶活性 强，细胞色素及电子传递体系的其他组分正常存在。在无氧条件下， 细胞色素和电子传递体系的其他组分减少或全部丧失，氧化酶无活 性，一旦通入氧气，这些组分的合成很快恢复。null例： 有氧 迅速繁殖 好氧呼吸 将有机物氧化成CO2+H2O 并产生大量菌体 酵母菌 无氧 发酵葡萄糖产生乙醇和CO2 如果将O2通入正在发酵的酵母菌悬浮液中，发酵速度迅速下降， 葡萄糖的消耗速度也显著下降，可见，氧对葡萄糖的利用有抑 制作用（氧对葡萄糖耗量的抑制现象称为巴斯德效应）。氧对葡萄糖利用的抑制机制是通过NADH2和NAD的相对含量及ADP和ATP的相对含量的 变化实现的。在有氧存在时，NADH2通过电子传递体系被氧化，不再有NADH2使丙酮酸 还原为乙醇，则乙醇的生成停止，这有利于酵母菌的生长。null在废水好氧生物处理中，在正常供氧条件下，好氧微生物和兼性厌 氧微生物两者共同起积极作用；在供氧不足时，好氧微生物不起作 用，而兼性厌氧微生物仍起积极作用，只是分解有机物不如有氧条 件下彻底。兼性厌氧微生物在污水、污泥厌氧消化池中也是起积极 作用的，它们多数是起水解，发酵作用的细菌，能将大分子的蛋白 质、脂肪、碳水化合物等水解为小分子的有机酸和醇等。 在污水生物处理过程中含产生硝酸盐和亚硝酸盐。如果将这种出水 排放到缺氧的水体，则硝酸盐在缺氧水体中会被反硝化转为亚硝酸 盐并积累，亚硝酸盐遇氨转化为致癌物质亚硝胺，从而危害水生生 物和污染饮用水水源，危害人体健康。 因此，污水不但要去除有机物，还需要脱氮，利用反硝化作用将硝 酸盐和亚硝酸盐转化为氮气释放到大气中。null现行除氮工艺有： A/O（缺氧－好氧）系统， A2/O[(缺氧－缺氧－好氧)或（缺氧－好氧－缺氧）]系统， A2/O2(缺氧－好氧－缺氧－好氧)系统， SBR（序批示间歇曝气器）等。 以上工艺既可去除有机物又能达到除氮的目的，还可除磷。 null厌氧微生物与氧的关系 在无氧条件下才能生存的微生物叫厌氧微生物。它们进行发酵或无 氧呼吸。厌氧微生物又分为两种：一种是要在绝对无氧条件下才能 生存，一遇氧就死亡的厌氧微生物，叫专性厌氧微生物（所有产甲 烷菌必须在氧浓度低于1.48×10-56mol/L时才能生存）。另一种是氧 的存在与否对它们均无影响，存在氧时它们进行产能代能，不利用氧，也不中毒（大多数乳酸菌不论在有氧或无氧条件下均进行典型的乳酸发酵）。 培养厌氧微生物需要 无氧条件下进行。在接种和移种传代时，可用 He2、H2、N2驱赶O2，常用N2。通入N2驱赶培养基中的氧以后， 用不透氧的橡皮塞塞紧瓶口以防止氧气进入，并加入氧化还原性颜 料－甲基蓝或刃天青（resazurin）指示培养基内的氧化还原电位。 甲基蓝和刃天青在还原态时为无色，在氧化态时显色。null水的活度与渗透压 （一）水的活度aw是表示水被吸附和溶液因子对水可利用性的影响 的一种指标。表示在一定温度（如25℃）下，某溶液或物质 在与一定空间空气相平衡时的含水量与空气饱和水量的比值， 用小数表示。它与相对湿度相对应。 相对湿度是气象学概念，表示在一定温度下空气的含水量对空气饱 和水量的比值，用百分率表示。 用测定蒸气相中相对湿度的方法得到溶液或物质的aw。如空气的相 对湿度为75％，此刻溶液或物质的aw为0.75。 基质的水活度（受吸附的影响） 水的活度 渗透压的水活度（受溶质相互作用的影响）null（二）渗透压 任何两种浓度的溶液被半渗透膜隔开，就会产生渗透压。当两液面 高差产生的压力足够阻止水再流动时，渗透停止，这时出现的两夜 面高差间的压力就是渗透压。溶液渗透压决定于其浓度。溶质的离 子或分子数目越多渗透压越大。在同一质量浓度的溶液中，含小分 子溶质的渗透压比含大分子溶质的溶液大。离子浓度的渗透压比分 子溶液大。null微生物在不同渗透压的溶液中呈不同的反应 ①等渗溶液中微生物生长很好。 （生理盐水称等渗溶液5～8.5g/L的NaCl液） ②低渗（ρNaCl＝0.1g/L）中，溶液中水分子大量渗入微生物体内， 使微生物细胞发生膨胀，严重者破裂。 ③高渗溶液中（ρNaCl＝200g/L），微生物体内水分子大量渗透 到体外，使细菌发生质壁分离。 鉴于低渗和高透溶液对微生物生长均不利，在实验室 用ρNaCl＝8.5g/L的生理盐水稀释菌液。对于稀释后马上用的， 可不用ρNaCl＝8.5g/L的生理盐水稀释，用无菌水即可。null（三）表面张力 表面张力（r）是作用在物体表面单位长度上的收缩力。水的表面 张力7.3×10-4N/m， 一般培养基的表面张力为4.5×10-4～6.5×10-4 N/m，适合微生物生 长。表面张力过低，微生物的形态，生长及繁殖均受影响。 表面张力是润湿的函数。如果细菌不被液体培养基润湿，它们将在 表面生成一层菌膜。如果它们被润湿，则在培养基中均匀生长，培 养基变浑浊。若要使那些在液体培养基中均匀生长的细菌呈膜状生 长，则可增加类脂质含量，保护菌体不受润湿，细菌则可呈薄膜状 生长。null其他不利环境因子对微生物的影响 一、紫外辐射和电离辐射对微生物的影响 紫外辐射的波长范围是200～390nm，以波长为260nm左右的紫 外辐射杀菌力最强。紫外辐射对微生物有致死作用是由于微生物细 胞中的核酸、嘌呤、嘧啶及蛋白质对紫外线辐射有特别强的吸收能 力。DNA和RNA对紫外辐射的吸收峰在260nm处，蛋白质对紫外辐 射的吸收率在280nm处。紫外辐射能引起DNA链上两个邻近的胸腺 嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚体（T=T），致使DNA不能复制，导致 微生物死亡。null紫外杀菌灯是人工制造的低压水银灯，能发出强烈的波长为253.7nm 的紫外辐射，其杀菌力强而稳定。但紫外线（辐射）穿透力差，连不 透明物和一层玻璃都穿透不过去。所以，多用于空气和物体表面的消 毒。紫外辐射剂量是辐射强度与辐射时间的乘积，如果紫外辐射杀菌 灯的功率和辐射距离不变，则辐射时间就表示相对剂量。 利用紫外辐射消毒： ①表面消毒：不能用热和化学药品消毒的器具。 ②空气消毒：无菌室，无菌箱或医院手术室均装有紫外辐射杀菌灯进 行消毒。无菌室内紫外辐射杀菌灯的功率为30w，在距离1m左右处， 照射20－30min即可杀死空气中的微生物。 ③诱变育种：微生物在低于致死量的紫外辐射下，某些特性或性状发 生改变，可诱变产生优良变种。 紫外辐射对眼睛和皮肤有刺激或灼伤作用，所以，当人进行操作时不 可紫外辐射灯。空气在紫外辐射下产生臭氧。臭氧有一定的杀菌作用。 高浓度臭氧会引起头痛等等。空气中臭氧的极限体积分数不得超过 （0.1～1）×10-6。 null（二）电离辐射对微生物的影响 X－射线和r-射线均能使被照射的物质产生电离作用，故称为电离 辐射。（波长范围0.1～0.01nm），（0.01～0.001nm）它们穿透 力都很强。 对微生物生命活动的影响表现为： 低剂量（0.93～4.65Gy），照射有促进微生物生长的作用， 或 引起微生物发生变异； 高剂量（9.3×102Gy以上），照射对微生物生长有致死作用。 这是由于辐射先引起水分解出游离 的H＋，进而生成O2-，H2O和H2O2等 强氧化性的基团和物质，使酶蛋白的 －SH基氧化，从而引起细胞各种病理 变化。 可利用X－射线和r－射线诱导微生物变异，筛选优良菌种。null超声波的微生物的影响 频率在20000Hz以下的声波人听得见。频率超过20000Hz的声 波人听不见，叫超声波。超声波具有强烈的生物学作用，几乎所 有的细菌体都能被超声波所破坏，利用超声波破坏菌体，制成细 菌裂解液，用于研究细菌的结构、化学组成，酶活性等。 太阳辐射（自习） 380－760mm为可见光是蓝细菌和藻类进行光 合作用的主要能源。null三、重金属对微生物的影响 Hg、Ag、Cu、Pb等可有效杀菌和防腐，是蛋白质的沉淀剂。其 杀菌机理是与酶的－SH基结合，使酶失去活性；或与菌体蛋白结 合，使之变性或沉淀。 四、极端温度对微生物的影响 蛋白质被高温严重破坏而发生凝固，为不可逆变性。 还可能细胞质膜含有受热易溶解的脂类，使膜产生小孔，引起细胞 内含物泄漏而致死。磷脂磷脂在动植物体内含有一类和油脂类似的化合物，成为类脂质，都是些高级脂肪酸的脂。在分子中含有磷的叫磷脂。在植物的种子中、蛋黄及脑子中含量较多。磷脂多为甘油酯。 磷脂中尚有一个羧基具有强的酸性，可以与具有碱性的胺形成离子偶极键。这样在分子中就分为两个部分，一部分是长链的非极性的烃基，是疏水部分；另一部分是两性离子,是亲水部分。 null如果将磷脂放在水中，可以排成两列，它的极性基团指向水面，而疏水性基团因对水的排斥而聚集在一起，尾尾相连，与水隔开，形成脂双分子层。 null 所有生物膜几乎完全是由蛋白质和脂类（主要是磷脂）两大类物质组成，生物膜对各类物质的透性不一样。脂溶性物质可以通过生物膜的类脂部分扩散入细胞，极性分子或离子可以通过生物膜蛋白部分的作用扩散入细胞。所以生物膜在细胞的吸收外界物质和分泌代谢产物的过程中起重要作用。nullnull 污、废水深度处理和微污染源水预处理中的 微生物学原理 污、废水深度处理-脱氮除磷与微生物学原理 1. 污、废水的处理 一级处理-只除去废水中的砂砾及大的悬浮物体 二级处理-去除废水中的可溶性有机物 （产生NH3-N,NO3--N和PO43-,SO42-）。 三级处理-去除N、P。 2. 来源 城市生活污水，肥料，农药，工业废水（化肥、油厂、焦化、 制药、农药、印染、腈纶及洗涤剂、食品加工、罐头食品加工、 禽畜粪便等）。 null3.微生物脱氮原理（厌氧，反硝化细菌，反硝化还原）null3.1 氧化氨的细菌： 专性好氧菌，化能无机营养，氧化NH3为HNO2， 从中获得能量供合成和固